CN101962167A - 二氧化硅薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法 - Google Patents

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白万青
邓勇
陈少军
孙健
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Abstract

一种微机电系统技术领域的二氧化硅薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法，通过在硅片上依次热氧化生长一层二氧化硅薄膜并涂布一层光刻胶，然后将掩模板置于光刻胶正上方进行曝光并显影后将掩模板的图案转移到基片上，再采用电感耦合等离子刻蚀法进行刻蚀得到方腔结构，最后采用湿法刻蚀方腔结构得到硅支柱结构支撑下的二氧化硅薄膜。

Description

二氧化硅薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种微机电技术领域的方法，具体是一种二氧化硅薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法。
背景技术
随着微机电系统技术的迅速发展，越来越多的薄膜材料被应用于MEMS中，制作成MEMS器件的微机械结构。由于二氧化硅具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗腐蚀能力强以及良好的介电性质，二氧化硅薄膜被广泛应用于此类结构中。随着MEMS结构日趋小型化，更加精细的纳米结构逐渐代替了微米结构，纳米级二氧化硅结构的制备也就逐渐开始受到关注。
经对现有技术的文献检索发现，Takahiro Namazu等在《Sensors and Actuators，A：Physical》(传感器与执行器)2003年第104卷78-85页上发表的“Quasi-static bending test ofnano-scale SiO2 wire at intermediate temperature using AFM-based technique”(中温下基于原子力显微镜的二氧化硅纳米线准静态弯曲试验)，该文中先是采用场增强型阳极氧化的方法生成单晶硅纳米线，再通过热氧化生成二氧化硅纳米线。具体如下：首先通过氧离子注入技术生成一块SOI基片，底层硅厚为500μm，中间的二氧化硅层厚为190nm，上层硅厚为255nm接着利用湿法刻蚀对SOI基片的底层硅进行各向异性刻蚀，到中间的二氧化硅层停止，再干法刻蚀中间的二氧化硅层，使其与下层硅对齐；然后利用场增强型阳极氧化生成纳米级二氧化硅线，将AFM的金探针与上层硅片间施加偏压，探针接阴极，硅片接阳极，利用硅片表面吸附水分子形成水膜，探针于硅片间在毛细力作用下形成水桥，水膜在电场作用下发生电化学反映，产生的OH-与硅片表面发生氧化反应，形成二氧化硅纳米结构，同时产生氢气逸出；随后以生成的二氧化硅纳米线作为掩膜，在TMAH刻蚀液中对上层硅进行各向异性湿法刻蚀，生成硅纳米线，然后用氢氟酸对中间的二氧化硅进行腐蚀，使其形成悬浮的硅纳米结构；最后将这一结构在1373K的温度环境下氧化100分钟，从而生成二氧化硅纳米结构。这种制备方法步骤复杂，尤其是在进行场增强型阳极氧化时，为了得到精细的纳米结构，需要非常精确的偏压和探针扫描速度，而且对氧化物的生长和结构的控制要求也很高，实际操作起来比较困难。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种二氧化硅薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法，将电感耦合等离子刻蚀和湿法刻蚀工艺相结合，且方法步骤相对简单易行。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种SiO2薄膜力学特性测试用薄膜，其厚度为400nm。
本发明涉及上述薄膜及其制备方法，通过在硅片上依次热氧化生长一层二氧化硅薄膜并涂布一层光刻胶，然后将掩模板置于光刻胶正上方进行曝光并显影后将掩模板的图案转移到基片上，再采用电感耦合等离子刻蚀法进行刻蚀得到方腔结构，最后采用湿法刻蚀方腔结构得到硅支柱结构支撑下的二氧化硅薄膜。
所述的硅片厚为5μm。
所述的热氧化生长是指：采用氧化炉对硅片进行热氧化，氧化炉的温度为1100摄氏度，氧化时间为3分钟，生成的二氧化硅薄膜厚度为400nm。
所述的光刻胶为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，厚度为1μm。
所述的曝光是指采用电流为10pA的电子束曝光30秒；
所述的电感耦合等离子刻蚀法是指：采用刻蚀气体SF6和保护气体CF4并设置气体流量为13cm3/min，刻蚀速率为0.5μm/min，刻蚀时间为20秒，刻蚀后得到带有0.5μm厚的硅残留底座的方腔结构。
所述的湿法刻蚀是指：采用KOH刻蚀液对硅衬底进行湿法各向异性刻蚀，KOH刻蚀的条件为80摄氏度，KOH溶液浓度为40％wt，刻蚀时间为7分钟。
本发明与现有的二氧化硅薄膜制备方法相比，不需要严格控制偏压和扫描速度，能够比较容易地控制二氧化硅薄膜的生长，而且电感耦合等离子刻蚀操作相对简单，整套工艺流程简单易行。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括以下几个步骤：
第一步：准备一块(100)硅片1，厚为5μm。然后放入氧化炉中对硅片进行热氧化，氧化炉的温度为1100摄氏度，氧化时间为3分钟，生成的二氧化硅2薄膜厚度为400nm。
第二步：在基片上涂布一层光刻胶3PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，厚为1μm。
第三步：利用事先作好的掩模板，采用电子束对基片进行曝光，电子束的电流为10pA，曝光时间为30秒，这样就把掩模板上的方腔图案转移到基片上。
第四步：利用电感耦合等离子刻蚀对基片进行刻蚀，通入刻蚀气体SF6和保护气体CF4，气体流量为13cm3/min，刻蚀速率为0.5μm/min，刻蚀时间为20秒，要保证刻蚀的气体流量不变，刻蚀过后，如图1(d)所示，硅衬底被刻蚀了一部分，还有0.5μm厚的硅残留以用作底座，得到了一个方腔结构。
第五步：将基片置入KOH刻蚀液中，对硅衬底进行湿法各向异性刻蚀，KOH刻蚀的条件为，温度为80摄氏度，KOH溶液浓度为40％wt，当刻蚀至7分钟时，就会出现如图1(d)所示，方腔的腔壁穿通，只剩下腔壁连接的部位，而二氧化硅薄膜仍然架在两个支柱上方。
实施例2
形成微型方腔结构的步骤，即第一步到第四步与实施例1相同，
第5步：将基片置入EPW刻蚀液(由乙二胺(NH2(CH2)2NH2)、邻苯二酚(C6H4(OH)2)和水(H2O))中，对硅进行湿法各向异性刻蚀，刻蚀的温度是115摄氏度，溶液浓度为30％，并且每隔30秒需搅拌，以保证刻蚀液的均匀，同时为了防止乙二胺挥发，还设有冷凝回流装置，当刻蚀到5分钟时，会出现如图1(d)所示的结构。
实施例3
形成微型方腔结构的步骤，仍然与实施例中的第一步到第四步相同，
第5步：将基片置入TMAH(四甲基氢氧化铵)刻蚀液中，对硅进行湿法各向异性刻蚀，刻蚀温度为80摄氏度，溶液浓度为25wt％，当刻蚀到10分钟时，出现了如图1(d)所示的结构。
综上所述，三种实施方案都能够得到测试二氧化硅薄膜力学特性的结构，但是实施例1中，我们使用的KOH溶液为无极刻蚀液，配制比较简单，而且刻蚀速率容易控制，刻蚀后的垂直侧壁更加光滑，虽然KOH溶液易挥发，但不会对人体造成伤害；而实施例2中，虽然刻蚀的时间相对较短，且侧壁比较光滑，但EPW溶液有剧毒，对人体有害，而且刻蚀特性对温度有很强的依赖性，刻蚀液中的痕量成分如乙二胺对刻蚀液具有很大的影响；实施例3中，TMAH刻蚀液的刻蚀速率高，而且毒性低，但是相对而言，此种刻蚀液的价格最高，而且在刻蚀过程中会形成表面小丘，影响表面光滑性，除此之外，其刻蚀速率随其浓度增加而降低，对获得光滑的刻蚀表面而言，不易控制。综合各方面因素考虑，选择实施例1中的KOH溶液作为各向异性湿法刻蚀液。
而且，实施例1与现有技术相比，通过控制刻蚀的温度和时间，容易得到完全悬于硅支柱上的二氧化硅薄膜，同时，成品率较高，可以同时形成多个相同的结构，易于测试；而现有技术中，除了需精确控制场增强型阳极氧化时的偏压和探针扫描速度外，在悬浮的硅纳米结构上生长二氧化硅薄膜时，极易形成粘连，不能完全形成如实施例1中所述的悬空结构，测试起来难度较大。

Claims (8)

1.一种SiO2薄膜力学特性测试用薄膜的制备方法，其特征在于，通过在硅片上依次热氧化生长一层二氧化硅薄膜并涂布一层光刻胶，然后将掩模板置于光刻胶正上方进行曝光并显影后将掩模板的图案转移到基片上，再采用电感耦合等离子刻蚀法进行刻蚀得到方腔结构，最后采用湿法刻蚀方腔结构得到硅支柱结构支撑下的二氧化硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的硅片厚为5μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的热氧化生长是指：采用氧化炉对硅片进行热氧化，氧化炉的温度为1100摄氏度，氧化时间为3分钟，生成的二氧化硅薄膜厚度为400nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯，厚度为1μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的曝光是指采用电流为10pA的电子束曝光30秒。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的电感耦合等离子刻蚀法是指：采用刻蚀气体SF6和保护气体CF4并设置气体流量为13cm3/min，刻蚀速率为0.5μm/min，刻蚀时间为20秒，刻蚀后得到带有0.5μm厚的硅残留底座的方腔结构。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述的湿法刻蚀是指：采用KOH刻蚀液对硅衬底进行湿法各向异性刻蚀，KOH刻蚀的条件为80摄氏度，KOH溶液浓度为40％wt，刻蚀时间为7分钟。
8.一种根据上述任一权利要求所述方法制备得到的SiO2薄膜力学特性测试用薄膜，其特征在于，其厚度为400nm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105540531A (zh) * 2015-12-25 2016-05-04 上海应用技术学院 网状氮化硅薄膜微桥阵列的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050248001A1 (en) * 2004-05-05 2005-11-10 Atmel Germany Gmbh Method for producing a conductor path on a substrate, and a component having a conductor path fabricated in accordance with such a method
CN1736850A (zh) * 2005-08-12 2006-02-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种由硅和二氧化硅共同支撑的可移动微结构及制作方法
US20100162823A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Yamaha Corporation Mems sensor and mems sensor manufacture method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050248001A1 (en) * 2004-05-05 2005-11-10 Atmel Germany Gmbh Method for producing a conductor path on a substrate, and a component having a conductor path fabricated in accordance with such a method
CN1736850A (zh) * 2005-08-12 2006-02-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种由硅和二氧化硅共同支撑的可移动微结构及制作方法
US20100162823A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Yamaha Corporation Mems sensor and mems sensor manufacture method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Sensors and Actuators A》 20030315 T.Namazu et al Quasi-static bending test of nano-scale SiO2 wire at intermediate temperatures using AFM-based technique 第78-85页 1-8 第104卷, 2 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105540531A (zh) * 2015-12-25 2016-05-04 上海应用技术学院 网状氮化硅薄膜微桥阵列的制备方法

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